大清河流域河岸帶類型劃分與植被特征1)

李銳鋒 楊建英 張艷 李秋梅 畢洋濤 劉洋 趙澤鎬 畢彪

(北京林業大學，北京，100083)(嶺南師范學院)(北京林業大學)

河岸帶是指高低水位之間的河床以及被抬高的水位、極端洪水和土壤持水能力對植物影響完全消失的區域[1-2]，具有植被、土壤、地形、地貌和水文特性，以及明顯的邊緣效應[3]，在河、溪的“邊緣”，河岸帶往往擁有明顯的過渡特征、顯著的動態漲落以及頻繁的超承載現象[4]。河岸帶是水生生態系統和陸地生態系統的交錯過渡帶[5]，具有獨特的生態功能，是進行物質、能量和信息交換的重要生態區域，在發揮廊道功能、防治水環境污染、植物護岸功能和社會經濟功能方面發揮重要作用[6-8]。作為河岸帶生態系統的重要組成部分，植被與土壤是關系河岸帶穩定性、生物多樣性、富集和過濾各種營養元素等方面的重要因素[9-11]。物種多樣性能有效地表明植物群落組成和結構異質性以及植物群落與自然環境因素的關系[12-13]，能夠代表河岸帶的自然程度，是生物群落多樣性研究的核心內容之一[14-15]。河岸帶岸坡坡度、坡長、海拔高度、土壤狀況以及人為干擾程度等因子是河岸帶植物的生長及分布的關鍵因子[16-19]。

近年來，人類耕作、污水排放、河流開發等人為活動對河流河岸帶資源的過渡或不適當開發利用，使河岸帶高度硬化和破碎化，破壞了生物棲息地，使得鄉土物種減少，植物多樣性降低，嚴重影響了河流河岸帶功能的發揮[9，20-21]。河岸帶具有橫向空間的過渡性，從橫向結構來看，河岸帶可分為近水區域、河濱區域、近岸區域3部分結構[4]。目前國內許多學者針對河岸帶的植被類型以及河岸帶結構的某一特征進行類型劃分并進行植被特征研究[5，22-24]。結合大清河流域內河岸帶破碎化嚴重、喬木種類較少、喬木種類受人為干擾的影響以及進一步導致林下植被生長狀況存在較大差異的情況，對存在喬木的河岸帶進行研究顯得尤為重要。鑒于此，本研究以大清河流域南拒馬河、界河-龍泉河-清水河為研究對象，通過野外調查與室內試驗，對2條河道內存在喬木的河岸帶進行類型劃分，并研究不同類型的河岸帶植被數量特征、多樣性差異，提出河岸帶的植被優化建議，以期為大清河流域河岸帶的生態修復提供基礎信息和理論依據。

1 研究區概況

大清河流域(38°10′～40°N，113°40′～117°E)位于海河流域中部、太行山東麓，流域總面積為43 060 km2，其中山區面積22 822 km2，占53%；平原面積20 238 km2，占47%，地勢由西北向東南傾斜，西部屬太行山脈，由中山區、低山區和丘陵3部分組成，東部屬華北平原。流域屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明。多年平均氣溫11.6 ℃，山區多年降水量為582.2～618.6 mm，平原為501.5～547.3 mm。

選取大清河流域內南拒馬河、界河-龍泉河-清水河進行研究。南拒馬河位于大清河流域東北部，是大清河北支的主要行洪通道，承接上游拒馬河分流洪水和北易水、中易水等支流洪水，為流域內唯一一條未斷流的河道，全長83 km。界河-龍泉河-清水河位于流域中部，起源于易縣甘河凈鄉欒木廠村，最終匯入府河，長127 km。界河經河北省保定市滿城區流至下游龍泉河，至北辛店保衡(水)公路以東稱清水河，2條河道在行洪功能、地域位置上具備一定代表性。

本研究所選的河岸帶斷面在平原區、低山區均有分布(海拔9.48～363.65 m)，樣地土壤質地以壤土為主，土壤類型主要有普通褐土、黃土、棕壤土等類型。河岸帶內植被類型以草地、林地為主。在本研究選取的2條河的兩側，喬木植被帶破碎化嚴重，人為干擾較為強烈，自然型樹種已少有存在，主要以經濟林樹種桃樹(Amygdaluspersica)、柿樹(Diospyroskaki)以及防護林樹種楊樹(Populusspp.)為主，更有河段喬木植被帶被農耕地所取代。因此，調查主要針對南拒馬河、界河-龍泉河-清水河兩側的喬木植被帶進行。

2 研究方法

2.1 調查樣地的選擇及調查內容

利用BIGEMAP地圖下載器，觀察2019年6月南拒馬河、界河-龍泉河-清水河的衛星地圖(級別為18)，分析2條河道河岸帶岸坡的人為干擾情況、河岸帶土地利用情況、植被分布狀況等，基于此，在南拒馬河、界河-龍泉河-清水河共選取了25個典型河段(見圖1)。

2019年8月，對典型河段進行野外調查。河槽調查包括海拔、經緯度、河槽寬度、入河岸坡坡度、坡長以及坡面的人為干擾情況；河岸帶調查包括土地利用類型、河岸植被帶寬度，考慮到部分河段的河岸帶植被寬度較窄，因此設置面積為10 m×10 m的喬木樣方，(每個樣方內沿對角線共計設置5個1 m×1 m草本小樣方)。各樣方內觀測植物群落特征和種類組成，記錄每個樣方的喬木層、灌木層和草本層的總蓋度、植物物種名、群落蓋度、株數和平均高度。同時，在調查樣方內，重復性挖取3個土壤剖面并觀察記錄土壤質地，按0～20 cm和20 cm以下分層進行環刀、自封袋的土樣收集，帶回實驗室測定土壤密度、含水量、毛管孔隙度等指標。

2.2 數據處理

物種多樣性指數選取Margalef豐富度指數(R)、Shannon-Wiener多樣性指數(H)、Pielou均勻度指數(JSW)，對研究區不同類型河岸帶的草本層物種多樣性進行分析和比較，計算公式如下：

物種重要值=(相對多度+相對蓋度+相對高度+

相對頻度)/4。

(1)

R=(S-1)/lnN。

(2)

H=-∑PilnPi。

(3)

JSW=H/lnS。

(4)

式中：S為物種數目；N為所有物種的個體數之和；Pi為第i種的相對重要值。

采用單因素方差分析比較不同類型河岸帶間的植物多樣性的差異。統計分析過程均在軟件SPSS 26.0上進行，采用最小顯著差異法比較均值之間的差異程度，顯著性水平全部設置為P<0.05。

3 結果與分析

3.1 大清河流域河岸帶類型劃分

對南拒馬河、界河-龍泉河-清水河2條河道的河岸帶進行了沿線調查，共計細致調查喬木樣地25處。調查的喬木樣地在平原、低山地區均有分布，且植被帶寬度分為0～20、>20～50、>50 m共3種，河岸帶周邊的土地利用類型主要有林地、建設用地、耕地(見表1)。其中，在平原靠近城鎮的河段，供人類休憩、娛樂的景觀河岸帶樣地2個；處于平原地區且種有經濟樹種的河岸帶樣地4個；處于低山地區種有經濟樹種的河岸帶樣地4個；處于平原地區存在人工護岸林，且后期基本沒有受人為干預，保留為近自然狀態的河岸帶樣地11個，以及在低山部分的此類河岸帶樣地4個。根據地形以及河岸帶內的喬木類型對上述河岸帶命名為：平原景觀型河岸帶、平原經濟林型河岸帶、平原人工護岸林型河岸帶、低山經濟林型河岸帶和低山人工護岸林型河岸帶。

圖1 大清河流域河岸帶研究區樣點分布示意圖

表1 大清河流域河岸帶類型調查樣地信息

3.2 大清河流域河岸帶植物種組成

經調查統計，大清河流域南拒馬河、界河-龍泉河-清水河2條河道河岸帶共出現植物70種，隸屬34科，59屬(見表2)。其中，菊科(Compositae)分布最多，有9屬13種，其次為禾本科(Gramineae)有7屬7種，豆科(Leguminosae)有5屬6種、薔薇科(Rosaceae)有3屬5種，四大科共計有24個植物屬，占調查總植物屬的41.38%，植物種31種，占調查總植物種數的44.93%。僅包含一個植物屬，且僅有一個植物種的有24科，占總科數的70.59%。在調查到的所有植物中，喬木共有11科12屬15種、灌木共有3科3屬3種、草本共有24科44屬52種，可見大清河流域一定范圍內的河岸帶植被群落組成中草本種類最多，物種最為豐富(占總物種數的74.29%)，喬木、灌木種類較少。

表2 大清河流域河岸帶植物科屬分配情況

2條河道河岸帶喬木大多為后期人為種植，除景觀型河岸帶外，各植被樣地內多為單一樹種。研究區內喬木主要以楊樹為主，界河-龍泉河-清水河部分河段在進入山區后，河道兩側存在人為種植的果樹，以柿樹和桃樹居多。在調查樣地內，灌木相對較少，以大葉黃楊(Buxusmegistophylla)、胡枝子(Lespedezabicolor)和荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)為主。草本以1年生草本為主，出現頻率較高的有狗尾草(Setariaviridis)、藜(Chenopodiumalbum)、豬毛菜(Salsolacollina)，3種草本植物在25個調查樣地內的出現頻度分別為72%、56%、56%。

對比不同類型河岸帶的植被群落組成占該總物種數的比例(見表3)可知，各類型河岸帶植被結構分布各不相同，以重要值較高的植物種作為優勢種。在喬木種方面，平原景觀型河岸帶靠近城鎮，在樹種的搭配上也應盡可能的符合景觀需求，包含了國槐(Sophorajaponica)、紫葉李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等植物種，與其他類型河岸帶相比，喬木種類豐富，占所有調查喬木種類數的40%。平原人工護岸林型河岸帶的喬木樹種數量位居第2，包含5種喬木，主要為楊樹、榆樹(Ulmuspumila)、元寶楓(Acertruncatum)等，而平原經濟林型河岸帶包含的喬木種類較少，主要以楊樹、欒樹(Koelreuteriapaniculata)、梧桐(Firmianaplatanifolia)為主；在低山地區，低山經濟林型河岸帶、低山人工護岸林型河岸帶的喬木種類相對較少，均只包含2種，均以桃、柿、李子(Prunuscerasifera)等果樹為主。

在灌木種方面，調查樣地內出現的種類較少，僅有荊條、胡枝子和大葉黃楊(Buxusmegistophylla)，對比不同類型河岸帶灌木種的差異可知，有4種河岸帶均包含1種灌木，而低山經濟林型河岸帶樣地內沒有出現灌木。

在草本方面，平原人工護岸林型河岸帶存在的種類最多，占調查的總草本種類的65.38%，其次為低山人工護岸林型河岸帶(38.46%)。對比可知，不同類型的河岸帶的草本優勢種不同，在平原景觀型河岸帶內，苜蓿(Medicagosativa)和鳶尾(Iristectorum)的優勢度較高，并且這2種草本植物在其他4類河岸帶內沒有出現。在平原地區的河岸帶內，草本主要以虎尾草(Chlorisvirgata)、鐵莧菜(Acalyphaaustralis)、豬毛菜和狗尾草為主，而在低山地區，河岸帶內草本以鴨跖草(Commelinacommunis)、龍葵(Solanumnigrum)和馬唐(Digitariasanguinalis)為主。

表3 大清河流域不同河岸類型植被優勢種組成

3.3 不同類型河岸帶的植被特征和多樣性差異

在調查的25塊樣地中，平原景觀型、平原經濟林型、平原人工護岸林型、低山經濟林型、低山人工護岸林型河岸帶占比分別為8%、16%、44%、16%和16%，包含經濟林以及人工護岸林的河岸帶數量居多，經過人為修建的景觀型的河岸帶最少。不同程度的人為干擾，對河岸帶植被空間分布和特征變化具有重要影響。由表3可知，不同類型河岸帶之間的植被特征變化明顯，且多樣性指數、豐富度指數、均勻度指數存在顯著性差異(P<0.05)。

單因素方差分析結果表明，不同類型河岸帶的喬木郁閉度、林下植被蓋度均無顯著差異(P<0.05)，低山經濟林型河岸帶的喬木郁閉度最大，林下植被蓋度最小；而平原人工護岸林型河岸帶的喬木郁閉度最小，林下植被蓋度最高。在植被多樣性、豐富度、均勻度指數方面，5種河岸帶均表現為：平原景觀型、平原人工護岸林型河岸帶顯著高于平原經濟林型河岸帶(P<0.05)，且除平原經濟林型外的4種河岸帶之間的植被指數無顯著性差異(P<0.05)，可以說明人為對河岸帶的占用、干擾在平原段尤為明顯。

表4 大清河流域不同河岸帶植被數量特征與多樣性

4 結論與討論

景觀型河岸帶大多處于海拔相對高度低于100 m的地區，岸坡上緣地形平坦，周邊土地利用主要為建設用地，該類型河岸帶的功能主要為供人類休憩、娛樂[25]，植被帶寬度均勻，植被搭配較為豐富，但該類型僅在平原地區存在2處，這可能是由于在河道上游山區存在的城鎮較少，人們對河岸帶所起到的景觀生態功能需求較低，同時，界河-龍泉河-清水河的上游常年河道無水，也為構造景觀型河岸帶增加了難度。經濟林型河岸帶在不同海拔區間均有分布，在低海拔地區，喬木主要以景觀樹種的幼苗為主，而在海拔400 m以上的區域，喬木樹種主要以果樹為主。人工護岸林型河岸帶內的植被往往存在于30°左右的岸坡或岸坡上緣、坡度較小的平坦地帶，周邊土地利用類型以耕地為主，該類型河岸帶的樣地數最多，且大多集中在平原地區，這可能是由于在平原地區的河道常年無水，河岸帶也因此沒有得到較好的管護，林分則以早期種植的人工林為主，使得河岸帶呈近自然狀態，植被帶破碎化嚴重。

綜合分析大清河流域內的物種組成可知，研究區內草本種類較多，喬木、灌木種類較少。不同的植被結構類型起到的作用不同，河岸帶中的草本植被帶可以攔截徑流中的泥沙、過濾沉淀物質上附著的營養物質，從而起到凈化水質，減少水體污染的效果；河岸帶的喬木林帶、灌木林帶可以起到保護堤岸、防止水體富營養化的作用，同時在景觀中起到重要作用[26-27]。喬-灌-草的搭配方式可以使河岸帶在穩固河岸、保護地下水和飲用水供給等方面效果更為出色[26]。大清河流域內的護岸樹種較為單一，多為楊樹、榆樹，且基本為純林，在垂直方向上，植被多為喬木單層、草本單層或者喬-草的雙層結構，林分中喬木層、灌木層物種多樣性較差，使得河岸帶的穩固河岸、視覺景觀美感、提供水生棲息地等生態服務功能得不到充分發揮[28-29]。

研究區內平原經濟林型、低山經濟林型河岸帶內的喬木樹種以經濟林樹種為主，應在保證喬木林帶寬度的同時[30]，在林下應增種胡枝子、荊條等鄉土灌木種以及苜蓿、鳶尾等具備景觀功能的草本種，使植被群落層次更為豐富和多樣化，可以起到更好地自我恢復效果，同時還可保證河岸帶的觀賞性[31]；平原、低山人工護岸林型河岸帶的喬木種類較為單一，后期應綜合考慮河岸帶周邊社會因素以及海拔等立地因子，引用鄉土樹種營造混交林，保證喬木種的多樣性，提高河岸帶的生態穩定性、抗災害能力[32]，更好地發揮河岸帶過濾沉淀物質和吸收徑流中的污染物質的功能。

河岸帶作為人類活動聚集的場所，不合理的土地利用方式廣泛存在，這顯著地改變了河岸帶植被的生長環境(如使光照條件改變)，從而導致不同類型河岸帶之間的植被特征、多樣性指數存在差異[33-34]。在平原、低山人工護岸型河岸帶樣地內，喬木郁閉度要明顯低于景觀型河岸帶及經濟林型河岸帶，而林下植被蓋度要明顯高于其余3種類型，這可能是由于在喬木郁閉度較小的樣地內，草本接受的陽光較為充足，加之草本植物植株較小，可充分利用微環境斑塊進行生長[35]。

植物多樣性指數可客觀反映河岸帶內各植物種類多少以及各植物種分布的均勻程度[36]。研究區內各類型河岸帶的多樣性、豐富度、均勻度指數由高到低為平原景觀型、平原人工護岸林型、低山人工護岸林型河岸帶、低山經濟林型、平原經濟林型，且存在顯著差異(P<0.05)。由此可見，植物多樣性的差異與人類根據自身需求對河岸帶進行干擾和改造緊密相連，平原景觀型河岸帶內的植物多為當地后期修建河岸帶時所種植，其內的草本受人為綠化影響，具有生長優勢，因此物種較為豐富，分布較為均勻[37]；平原、低山地區的人工護岸型河岸帶內，植被受人為干預較少，其生長狀況主要受自然條件和其所在位置與水域的距離影響[22]，在平原、低山地區的經濟林型河岸帶內，人為活動較多，尤其在園地、苗圃環境下，林下植被的生長受抑制嚴重，致使河岸帶內多樣性指數均表現為較低水平。

綜上所述，在對大清河流域河岸帶進行植被修復時，應結合土地利用情況、立地條件等因素分析恢復的可行性；根據不同河段河岸帶應具備的功能，規劃最適的植被帶寬度，并在寬度范圍內進行不同植被種類的篩選及布設，從而最大效率地利用有限空間，使其起到景觀生態、控制面源污染、攔截泥沙以及枯枝落葉等作用，同時應加強對河岸帶內藥物除草等行為的監管力度，增強人類河岸帶保護意識，保證河岸帶內的植物種多樣性，共同維護河岸帶健康。